Kurzeinführung in C++

Transkript

1 Kurzeinführung in C++ Johannes J. Schneider Einleitung C++ ist eine heutzutage in vielen Bereichen sehr häufig verwendete Programmiersprache, die auf der Programmiersprache C aufsetzt, aber auch alle Möglichkeiten für die Objektorientierte Programmierung bietet. Da im Kurs aber nur kleine Problemstellungen behandelt werden, muß man diese Möglichkeiten nicht voll ausschöpfen. Neben den OOP-Elementen gibt es noch zusätzlich einige Erweiterungen gegenüber C, so gibt es ja in C nur den Kommentarbereich, der mit /*... */ eingeklammert wird, während in C++ zusätzlich mit //... der Anfang einer Kommentarzeile angezeigt wird. 2 Datentypen Unter C++ ist im Gegensatz zu C der Deklarationsteil nicht vom Anweisungsteil zu trennen. Es gibt unter C++ mehrere Datentypen von C für ganze und reelle Zahlen, die sich in ihrem Wertebereich und in der Genauigkeit der abgespeicherten Zahl unterscheiden, sowie einen Datentyp für Buchstaben: // Ganze Zahlen short ia, js; int i, j; long ii, j123; // Manche Compiler kennen auch long long lll; // Reelle Zahlen float a, b; double d; // Manche Compiler kennen auch 1

2 long double dd; // Buchstaben char s; Dabei ist nicht festgelegt, wie viele Bytes short, int, long, float und double belegen, wovon die Rechengenauigkeit und der Wertebereich der Variablen abhängen. Man kann die Zahl der Bytes mit dem sizeof-befehl abfragen, so liefert z.b. sizeof(int) zumeist 4. Für den Variablennamen kann man alle Buchstaben, Ziffern und den Unterstrich verwenden. Bei ganzen Zahlen wird tatsächlich ganzzahlig gerechnet: teilt man beispielsweise 1 durch 2, so erhält man 0 und nicht 0.5. Den Rest einer ganzzahligen Division von i/j kann man mit i % j abfragen. Neben den gängigen Operatoren +, -, *, / und % gibt es noch die folgenden Abkürzungen: i += j; // fuer i = i + j; i -= j; // fuer i = i - j; i *= j; // fuer i = i * j; i /= j; // fuer i = i / j; i %= j; // fuer i = i % j; i++; // fuer i = i + 1; (Postfix-Operator) ++i; // fuer i = i + 1; (Praefix-Operator) i--; // fuer i = i - 1; (Postfix-Operator) --i; // fuer i = i - 1; (Praefix-Operator) Konstante kann man wie in C über #define definieren: #define N 123 #define PI Aber auch das schon in C existierende Schlüsselwort const führt in C++ zu echten Konstanten: const int N = 123; const double PI = ; Beachten Sie bitte, dass C und C++ zwischen Groß- und Kleinschreibung unterscheiden. Es hat sich eingebürgert, Variablennamen klein und Konstanten groß zu schreiben. Neben diesen primitiven Datentypen kann man sich eigene Datentypen über struct wie in C oder über class definieren, z.b. kann man sich eigene Klassen für komplexe oder rationale Zahlen schreiben und für derartige Variable dann sogar vorgeben, wie diese Zahlen addiert oder multipliziert werden sollen, wobei das gewöhnliche +- oder *-Zeichen verwendet wird. Allerdings 2

3 würden diese Möglichkeiten den Umfang dieser Kurzeinführung sprengen, sie werden im Kurs auch nicht gebraucht. Statische Felder werden ganz einfach deklariert, wobei als Feldgröße auch eine bereits definierte Konstante verwendet werden kann: // Eindimensionale statische Felder int feld[100]; double f[n]; // Zweidimensionales statisches Feld double x[3][3]; Die einzelnen Feldelemente kann man dann später leicht ansprechen: feld[0]=13; feld[99]=37; x[2][2]=2.7e-1; Bitte beachten Sie, daß unter C++ wie unter C die Feldindizes stets von 0 bis zur angegebenen Zahl von Feldelementen minus 1 gehen und daß höherdimensionale statische Felder stets eindimensional abgespeichert werden, z.b. für das Feld x in der Reihenfolge x[0][0], x[0][1], x[0][2], x[1][0], x[1][1], x[1][2], x[2][0], x[2][1], x[2][2]. Weiß man erst während des Programmlaufs, wie groß ein Feld werden soll, so kann man es auch dann erst allokieren: int i = 123; double *feld; feld = new int[i]; Freigegeben wird dieses dynamische Feld folgendermaßen: delete [] feld; 3 if-bedingungen Gewisse Programmbefehle sollen oft nur dann ausgeführt werden, wenn eine gewisse Bedingung erfüllt ist. Normalerweise werden dabei Variablen auf ihre Größe hin miteinander verglichen: if (i > j) // wenn i > j if (i >= j) // wenn i >= j if (i == j) // wenn i gleich j if (i!= j) // wenn i ungleich j 3

4 if (i < j) // wenn i < j if (i <= j) // wenn i <= j if (i) // wenn die Zahl i ungleich 0 ist if (fabs(a-b) < ) // wenn die reellen Zahlen a und b gleich sind Achtung: beim Vergleich auf Gleichheit passiert Anfängern oft der Fehler, nur eines statt zweier Gleichheitszeichen zu schreiben. Bei der Zeile if (i=j) wird zunächst der Wert von j der Variablen i zugewiesen, dann wird überprüft, ob i gleich 0 ist. Dies hat natürlich nichts mit dem Vergleich der beiden Zahlen zu tun. If-Bedingungen kann man auch mit UND oder ODER verknüpfen, z.b.: if ( ( i == j ) && ( a < b ) ) // UND-Verknuepfung if ( ( i == j ) ( a < b ) ) // ODER-Verknuepfung Wenn nach einer if-bedingung nur ein Befehl folgt, so hängt man ihn direkt an, ansonsten folgt eine Klammer-Umgebung. if (i == j) a=3; // nur eine Anweisung if (i == j) // Anweisungsblock a = 3; b = 4; In komplizierteren Fällen kann es vorkommen, daß man, wenn eine Bedingung erfüllt ist, gewisse Befehle abarbeiten will, ansonsten, wenn eine andere Bedingung erfüllt ist, wiederum andere Befehle abarbeiten will und schließlich ansonsten, wenn keine der vorherigen Bedingungen erfüllt sind, einen anderen Anweisungsblock abarbeitet, z.b.: if ( i == j ) x[0][0] = 7; else if ( i > j ) x[0][0] = 5; else x[0][0] = 3; 4

5 4 Schleifen Wohl am häufigstend wird die for-schleife gebraucht: for (i = 0; i < 100; i++) Die Variable i wird von 0 bis 99 in Schritten von 1 hochgezählt. Als Schleifenzähler sollte man nur ganze Zahlen verwenden. Man kann im übrigen auch andere Schrittweiten als 1 verwenden: // Herunterzaehlen von 100 auf 1: for (i = 100; i > 0; i--) /* Hochzaehlen von 1 bis 5 in Schritten von 3: Diese Schleife wird nur fuer i=1 und i=4 ausgefuehrt. */ for (i=1; i<=5; i+=3) Mit einer derartigen for-schleife lassen sich Felder gut abarbeiten, z.b.: for (i = 0; i < 100; i++) feld[i] = 2 * i; Daneben gibt es die while-schleife, die solange abgearbeitet wird, wie die Anfangsbedingung erfüllt ist, z.b.: while (i == j) Zusätzlich gibt es die do while-schleife, die mindestens einmal abgearbeitet wird: do while (i == j); 5

6 5 Funktionen In C++ wurde das Funktionenkonzept von C übernommen. Selbst das Hauptprogramm ist eine Funktion mit dem Namen main, die eine ganze Zahl als Ergebnis an das Betriebssystem zurückliefert. Für einen guten Programmierstil empfiehlt es sich, Variable nicht global zu definieren sondern an Unterfunktionen zu übergeben. C++ kennt sowohl die Wertübergabe, bei der nur der Wert einer Variablen übergeben wird, als auch die Referenzübergabe, bei der die Variable an sich übergeben wird. Dies erfolgt unterschiedlich, wie das folgende Beispiel zeigt: #include <math.h> // Einbinden von mathematischen Funktionen // Die Funktion tausch tauscht die Werte der Variablen i und j // aus, derart, dass sie auch im Hauptprogramm vertauscht sind: void tausch(int &i, int &j) // tausch liefert nichts zurueck. int h = i; i = j; j = h; return; // Die Funktion sinc(x) berechnet sin(x)/x double sinc(double x) double s; if (fabs(x) < ) s = 0; else s = sin(x)/x; return s; void feldbeispiel(int *f) for (int i = 0; i<100; i++) f[i]=i; int main() 6

7 int i=1,j=2; tausch(i,j); double a=3.71, b; b = sinc(a); int feld[100]; feldbeispiel(feld); return 0; // Kein Fehler vorgekommen Bei der Funktion tausch wurde die Referenzübergabe verwendet, bei der Funktion sinc die Wertübergabe. Felder werden über Pointer übergeben. 6 Ein- und Ausgabe Unter C++ ist die Ein- und Ausgabe sehr einfach, man muß, wenn man nur Tastatur und Bildschirm verwendet, die Datei <iostream.h> einbinden, wenn man auch Daten in Dateien ausgibt, so zusätzlich <fstream.h>: cin >> i; // liest von der Tastatur einen Wert fuer i ein cout << j << endl; // gibt am Bildschirm den Wert von j aus ifstream is("dateiname"); // oeffnet eine Datei zum Lesen is >> i; // liest aus der Datei den Wert fuer i ein is.close(); // schliesst die Datei ofstream os("dateiname"); // oeffnet eine Datei zum Schreiben os << j << endl; // schreibt den Wert von j in die Datei os.close(); // schliesst die Datei Sollte eine Datei dieses Namens bereits existieren, so wird sie beim Schreiben überschrieben. Will man dagegen an eine bestehende Datei eine neue Ausgabe anhängen, so schreibt man: ofstream os("dateiname",ios::app); // oeffnet eine Datei zum Anhaengen os << j << endl; // schreibt den Wert von j an das Ende der Datei os.close(); // schliesst die Datei 7

8 7 Compilieren Unter Linux gibt es den g++-compiler, mit dem das fertige C++-Programm kompiliert wird: g++ dateiname.c Bei großen Programmen sollte man das Programm vom Compiler optimieren lassen, was zwar die Compile-Zeit verlängert aber die Laufzeit manchmal deutlich verkürzt: g++ -O dateiname.c Bei manchen Installationen muß man bei der Verwendung von mathematischen Funktionen noch -lm in dieser Zeile angeben, um die Mathematik- Bibliothek hinzuzulinken. Daneben gibt es für den Windows-Bereich einen kostenlosen C++-Compiler von Borland, den man sich über eine der beiden folgenden Adressen ziehen kann: ftp://ftpd.inprise.com/download/bcppbuilder/freecommandlinetools.exe 8 Schlußbemerkung Dieses Skript soll keinen vollständigen Überblick über die Programmiersprache C++ bieten sondern nur kurz die Teile der Programmiersprache vorstellen, die für die Übungen benötigt werden. 8